Thermoplaste und Duroplaste im Vergleich

Es gibt zwei Hauptkategorien von Kunststoffmaterialien: Thermoplaste und Duroplaste, die sich in ihrem Verhalten bei Hitze unterscheiden. In diesem Design-Tipp stellen wir Ihnen ein paar Überlegungen vor, die Sie bei Verwendung dieser Werkstoffe beachten sollten.

Der Unterschied zwischen thermoplastischen und duroplastischen Polymeren lässt sich anhand eines Omeletts veranschaulichen.

Wir beginnen mit einem Ei, einer Scheibe Käse und einer heißen Pfanne. Das Ei ist zunächst eine Flüssigkeit (eigentlich ein Kolloid, aber wir wollen nicht kleinlich sein), die in einer heißen Pfanne zu einem Festkörper wird. Der Käse wiederum ist zunächst ein Festkörper, wird jedoch beim Erhitzen (nicht aber beim Überhitzen) zu einer viskosen Flüssigkeit.

Nach dem Erhitzen des Eis kehrt es nie wieder in seinen flüssigen Zustand zurück. Es bleibt fest, ebenso wie Duroplaste. Der Käse dagegen nimmt beim Abkühlen wieder seinen festen Zustand an. Beim erneuten Erhitzen beginnt er zu fließen, ebenso wie Thermoplaste.

Empfehlungen für den Gebrauch von Thermoplasten

Denken Sie daran, dass selbst ein gut konzipiertes Teil misslingen kann, wenn es aus dem falschen Material hergestellt wird. Daher sollten Sie Faktoren wie Stärke, Schlagzähigkeit, Leistungsfähigkeit bei hohen Temperaturen und weitere Elemente bei der Auswahl von Werkstoffen für den Spritzguss sorgfältig abwägen.

Prüfen Sie außerdem die Eigenschaften von gängigen Kunststofftypen, wie Acetal, Acryl, High-Density-Polyethylen, Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP) und Polystyrol (siehe Tabelle). Weitere Details finden Sie in unserem Leitfaden zum Werkstoffvergleich. Und wenn ein Standardwerkstoff alleine nicht alle gewünschten Eigenschaften bietet, dann schauen Sie sich doch nach einer Kunststoffmischung um, die Ihren Bedürfnissen entspricht. Schließlich soll aus diesem Material später Ihr Teil entstehen. Wie Sie in der Tabelle auf dieser Seite sehen, ist das Gemisch aus Polycarbonat und ABS robuster und zum Formen präziser Teile besser geeignet als ABS allein.

Überlegungen zu Duroplasten

Bei den duroplastischen Polymeren bietet Protolabs eine Reihe an Flüssigsilikonen (LSR) an.

LSR ist ein gängiger Duroplast und wegen seiner hohen Flexibilität und Hitze- und Chemikalienbeständigkeit ein nützlicher Werkstoff. Typische Anwendungen sind Softtouch-Oberflächen, Dichtungen und Wärmedämmungen. Spritzgussunternehmen mischen zwei Komponenten von ungehärtetem LSR zu einer „Flüssigkautschuk“-Lösung mit einer relativ niedrigen Viskosität. Das Material härtet bei Hitze aus und bildet einen untrennbaren Verbund.

Die folgende Tabelle zeigt die Zugpferde unter unseren allgemeinen LSR-Werkstoffen sowie spezielle Güteklassen für Fluorsilikon oder den medizinischen und optischen Gebrauch. Ausführliche Datenblätter zu all diesen Materialien finden Sie in unserem Leitfaden zum Werkstoffvergleich.

Beim Arbeiten mit LSR-Werkstoffen werden Sie bemerken, dass diese eine Reihe besonderer Herausforderungen an Design und Material stellen. Sie sollten folgende Punkte beachten, um diese Herausforderungen zu meistern:

Wand- und Rippenstärke. LSR füllt gewöhnlich dünnwandige Abschnitte mit minimalen Problemen. Je nach der Größe der Wand und der Lage angrenzender dickerer Abschnitte sind Wände von nur 0,25 mm Stärke möglich. Die Rippenstärke sollte 0,5 bis 1,0 Mal die Stärke der angrenzenden Wände betragen. LSR toleriert uneinheitliche Wandstärken und Einfallstellen kommen fast nicht vor.

Schrumpfung und Abquetschungen. Die Schrumpfrate von LSR ist relativ hoch mit einer erwarteten Toleranz von 0,01 mm pro mm. LSR tendiert außerdem zur Gussgratbildung (in bis zu 0,005 mm kleinen Lücken), die wir bei Protolabs durch Integrieren zusätzlicher Merkmale in das Formdesign reduzieren.

Trennebenen. Sie erhalten in kürzester Zeit saubere LSR-Teile, wenn Sie Trennebenen möglichst einfach halten und auf ein Minimum reduzieren.     

Hinterschneidungen. LSR kann zum Spritzgießen von Teilen mit Hinterschneidungen verwendet werden, die von einer Bedienperson an der Presse manuell entfernt werden. Mechanische Bearbeitungsschritte zum Freilegen von Hinterschneidungen werden bei Protolabs gezielt angeboten.

Ausstoß der Teile. Beim LSR-Spritzgießen werden Auswerferstifte aufgrund der Flexibilität und niedrigen Viskosität des Werkstoffs normalerweise nicht verwendet. Daher sollten die Teile so konzipiert werden, dass sie auf einer Hälfte der Form festgehalten werden können, wenn diese am Ende des Spritzgießzyklus geöffnet wird. Das Teil wird anschließend manuell, häufig mithilfe von Luft, entformt.

Bei Duroplasten ist außerdem die Vernetzung zu beachten. Die Vernetzung ist für viele der Eigenschaften der Duroplasten verantwortlich. Sie macht sie robust, formstabil und höchst beständig gegenüber Hitze und Chemikalien (siehe nachfolgende Abbildung).

Ein bekanntes Beispiel sind Backformen aus gummiartigem Silikon. Die Vernetzung macht sie antiadhäsiv und lässt sie problemlos einer Ofentemperatur von 200 °C standhalten — sehr günstige Eigenschaften für Backformen. Doch Duroplaste haben auch ihre Nachteile. Bei härteren Formen sind duroplastische Kunststoffe weniger schlagfest als Thermoplaste und können zu Sprüngen neigen.

Schließlich gelten für jeden Werkstofftyp eigene Regeln und Richtlinien. Schauen Sie doch einmal in unseren Leitfaden zum Werkstoffvergleich. Dort finden Sie eine Auswahl an Hunderten von Fertigungsmaterialien.

Letztendlich kann Protolabs Ihnen die Auswahl eines Kunststoffs nicht abnehmen. Wir stehen Ihnen aber jederzeit beim Abwägen der Eigenschaften von Thermoplasten und Duroplasten hilfreich zur Seite. Lassen Sie sich einfach von einem unserer Anwendungstechniker unter +49 (0) 89 90 5002 0 oder unter [email protected] beraten.